تجزیه و تحلیل فناوری آب بندی سرامیکی برای-رله های DC ولتاژ بالا: روند توسعه در اجزای اصلی برای کنترل ایمنی HVDC در خودروهای انرژی جدید

 

همانطور که سکوهای ولتاژ پیشرانه های خودروهای انرژی جدید (NEV) همچنان در حال افزایش هستند، مدارهای اصلی خودرو از سیستم های ولتاژ پایین{2}12 ولت/24 ولت سنتی به سطوح ولتاژ چند صد ولت یا بالاتر تبدیل شده اند. در محیط‌های-ولتاژ بالا و جریان DC بالا، مسئله ایجاد قوس در حین سوئیچینگ مدار بسیار مهم می‌شود. از آنجایی که جریان مستقیم فاقد یک نقطه عبور طبیعی-صفر است، قوسی که هنگام جدا شدن مخاطبین ایجاد می‌شود، خود به خود خاموش نمی‌شود. عدم کنترل سریع و موثر قوس می تواند منجر به فرسایش تماسی، شکست عایق یا حتی خطرات ایمنی سیستم شود.

 

در نتیجه، رله‌های ولتاژ بالا{0}DC به اجزای کنترل ایمنی حیاتی در پیشرانه‌های NEV تبدیل شده‌اند که عمدتاً برای اتصال و ایزوله کردن ایمن باتری کششی،-سیستم توزیع برق ولتاژ بالا، کنترل‌کننده موتور و مدارهای شارژ/دشارژ خدمت می‌کنند.

 

در طول کارکرد عادی خودرو، رله ولتاژ بالا{0}DC مدار برق را متصل می‌کند و باتری کششی را قادر می‌سازد تا انرژی سیستم درایو را تامین کند. هنگامی که وسیله نقلیه ساکن است، دچار نقص می شود یا نیاز به تعمیر و نگهداری دارد، رله می تواند به سرعت مدار ولتاژ بالا را قطع کند تا به ایزوله الکتریکی برسد، در نتیجه ایمنی خودرو و سرنشینان آن تضمین شود.

 

در مقایسه با{0}}رله‌های ولتاژ پایین سنتی، رله‌های ولتاژ بالا-DC باید الزامات سخت‌گیرانه‌ای را برای مقاومت در برابر ولتاژ بالا، ظرفیت حمل{2} جریان بالا، عملکرد شکست قابل اعتماد و پایداری عملیاتی طولانی‌مدت برآورده کنند. بنابراین، طراحی ساختار داخلی، فناوری خاموش کردن قوس{5} و انتخاب مواد عوامل کلیدی تعیین کننده عملکرد محصول هستند.

 

 

 

رله‌های DC ولتاژ بالا برای NEVها معمولاً از یک ساختار مهر و موم شده استفاده می‌کنند که با بهینه‌سازی محیط داخلی گاز و مواد عایق، پایداری عملیاتی تماس را در شرایط DC با ولتاژ بالا افزایش می‌دهد.

 

فن‌آوری آب‌بندی سرامیکی یک رویکرد فنی کلیدی برای رله‌های-قابلیت اطمینان و{1} ولتاژ بالا است. این طرح از مواد سرامیکی بسیار عایق برای تشکیل یک محفظه مهر و موم شده استفاده می کند و سیستم تماس را در یک محیط پایدار محصور می کند در حالی که از یک گاز محافظ داخلی برای کاهش خطرات انتشار قوس و اکسیداسیون استفاده می کند.

 

در مقایسه با ساختارهای استاندارد رزین{0}} مهر و موم شده، مواد سرامیکی مقاومت درجه حرارت، استحکام مکانیکی و پایداری عایق بالاتری دارند و قابلیت اطمینان ساختاری را در شرایط ولتاژ بالا، دمای بالا و کلیدزنی مکرر حفظ می‌کنند.

 

در کاربردهای{0}با قابلیت اطمینان بالا، محفظه سرامیکی داخلی رله معمولاً از آلومینا ساخته می‌شود، با اتصالات قابل اعتماد بین هادی‌های سرامیکی و فلزی که از طریق فرآیندهای متالیزاسیون به دست می‌آید. به عنوان مثال، فناوری سرامیک متالایز تشکیل یک لایه فلزی پایدار بر روی سطح سرامیکی را ممکن می‌سازد، و باعث تسهیل اتصال هوا بین عایق سرامیکی و اجزای فلزی می‌شود.

 

اتصال قابل اعتماد سرامیک به-فلز فرآیندی حیاتی در ساخت رله‌های مهر و موم شده با ولتاژ بالا است. این روش اتصال تضمین می کند که ساختار آب بندی شده می تواند در برابر چرخه حرارتی طولانی مدت، تنش الکتریکی و لرزش مکانیکی مقاومت کند.

 

 

سیستم‌های ولتاژ بالا در وسایل نقلیه با انرژی جدید، الزامات عملکردی چندوجهی را بر رله‌ها تحمیل می‌کنند، که عمدتاً شامل-قابلیت تحمل ولتاژ بالا، ظرفیت حمل بار{2} بالا، مقاومت در برابر ضربه، قابلیت خاموش کردن قوس-و عملکرد شکست قابل اعتماد می‌شود.

 

قابلیت تحمل ولتاژ بالا-

از آنجایی که پلت فرم های ولتاژ باتری در خودروهای انرژی جدید همچنان در حال افزایش هستند، ولتاژهای عملیاتی پیشرانه معمولاً از 400 ولت فراتر می رود و برخی از وسایل نقلیه تجاری و مدل های{1} با کارایی بالا حتی از سکوهای 800 ولتی استفاده می کنند.

 

در نتیجه، رله‌های DC ولتاژ بالا باید دارای فواصل عایق کافی، فاصله‌های الکتریکی و خواص دی الکتریک پایدار باشند تا از خرابی دی‌الکتریک در طول کارکرد طولانی‌مدت جلوگیری کنند.

 

سرامیک‌های آلومینا با خلوص بالا به دلیل استحکام دی الکتریک بالا و پایداری حرارتی عالی، به طور گسترده در ساختارهای عایق رله‌های{1} ولتاژ بالا استفاده می‌شوند. برای مثال، قطعات متالیزاسیون پیشرفته سرامیکی با دقت آلومینا با خلوص بالا-را می‌توان برای ساخت مجموعه‌های اتصال عایق با دقت بالا و بسیار مطمئن استفاده کرد.

 

ظرفیت حمل{0}جریان بالا

افزایش قدرت سیستم‌های محرک در وسایل نقلیه انرژی جدید، تقاضاهای بیشتری را برای-ظرفیت حمل{1} رله‌های ولتاژ بالا ایجاد می‌کند.

 

در طول شتاب خودرو، راه‌اندازی، و{0}}عملکرد با سرعت بالا، پیشرانه جریان‌های گذرا قابل توجهی تولید می‌کند. بنابراین، کنتاکت های رله نه تنها باید جریان های عملیاتی مداوم را تحمل کنند، بلکه باید جریان های اضافه بار را برای مدت زمان مشخصی نیز تحمل کنند.

 

در کاربردهای{0}قدرت بالا، اجزای رسانای داخلی به مقاومت الکتریکی کم، هدایت حرارتی بالا و مقاومت خوب در برابر فرسایش قوس الکتریکی نیاز دارند تا افزایش دما و تخریب مواد در طول کارکرد طولانی مدت به حداقل برسد.

 

مقاومت در برابر نوسانات گذرا

در طول راه اندازی یک وسیله نقلیه انرژی جدید، اتصال سیستم باتری به بارهای خازنی، جریان های موج گذرای قابل توجهی تولید می کند.

 

اگر کنتاکت‌های رله نتوانند این جهش‌های جریان لحظه‌ای را تحمل کنند، ممکن است مشکلاتی مانند جوشکاری تماسی یا قطع نشدن آن رخ دهد و قابلیت‌های حفاظتی سیستم ولتاژ بالا-به خطر بیفتد.

 

بنابراین، رله‌های DC ولتاژ بالا باید انعطاف‌پذیری خود را در برابر نوسانات گذرا از طریق بهینه‌سازی مواد تماس، سازه‌های خاموش کننده قوس مغناطیسی-و توزیع میدان الکتریکی داخلی افزایش دهند.

 

قابلیت خاموش کردن قوس-با کارایی بالا

کنترل قوس‌های DC یک چالش فنی اصلی در طراحی رله‌های{0} ولتاژ بالا است.

 

در طول جداسازی تماس، قوس گرمای قابل توجهی تولید می کند و به طور مداوم سطوح تماس را فرسایش می دهد. خاموش نشدن سریع قوس می تواند طول عمر رله را کوتاه کند یا حتی منجر به خرابی تماس شود.

 

در حال حاضر،-رله‌های DC ولتاژ بالا معمولاً از ترکیبی از فن‌آوری‌های خاموش کردن قوس مغناطیسی، خاموش کردن قوس گازی، و محفظه مهر و موم شده برای کاهش انرژی قوس استفاده می‌کنند.

 

سازه‌های آب‌بندی سرامیکی محیط داخلی پایداری را فراهم می‌کنند و شرایط عالی را برای خاموش کردن قوس در حین کار{0} ولتاژ DC بالا ایجاد می‌کنند. برای مثال، محفظه‌های سرامیکی برای رله‌های برق الکتریکی-یکی از کاربردهای کلیدی این فناوری{3}}قابلیت اطمینان عملیاتی بلندمدت-را افزایش می‌دهند.

 

 

 

کنتاکتورها و رله‌های DC ولتاژ بالا الزامات سختی را بر روی مواد عایق اعمال می‌کنند. در حالی که پلاستیک‌های استاندارد در شرایط دمای بالا، ولتاژ بالا و قرار گرفتن طولانی‌مدت در معرض قوس‌ها مستعد پیری هستند، مواد سرامیکی مزایای متمایز دارند.

 

سرامیک های آلومینا به دلیل سختی بالا، مقاومت در برابر حرارت، خواص عایق عالی و پایداری شیمیایی مورد توجه قرار می گیرند، که آنها را به مواد حیاتی برای محفظه های رله HVDC و اجزای عایق تبدیل می کند.

 

به عنوان مثال، روکش‌های رله خلاء سرامیکی آلومینا (Al2O3) از خواص عایق برتر ماده برای ایجاد حفاظت پایدار برای رله‌های خلاء- استفاده می‌کنند.

 

در طول تولید، سطوح سرامیکی تحت ماشینکاری دقیق و متالیزاسیون قرار می گیرند تا از اتصال قابل اعتماد با الکترودهای فلزی، سرب ها و ساختارهای آب بندی اطمینان حاصل شود.

 

فرآیندهای متالیزاسیون سرامیکی استحکام پیوند بین اجزای سرامیکی و قطعات فلزی را افزایش می‌دهد و آنها را برای استفاده در تجهیزات الکتریکی{0} با قابلیت اطمینان بالا مناسب می‌سازد.

 

علاوه بر این، اجزای سرامیکی با دقت بالا-به کنترل دقیق دقت ابعاد، زبری سطح و سازگاری مواد نیاز دارند تا-نیازهای قابلیت اطمینان بلندمدت رله‌های مورد استفاده در وسایل نقلیه جدید انرژی را برآورده کنند.

 

 

رله‌های DC با ولتاژ بالا با پیشرفت در وسایل نقلیه جدید انرژی، سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی و{0}}تجهیزات الکتریکی با ولتاژ بالا{{1}به سمت وزن سبک‌تر، راندمان بالاتر، عملکرد هوشمند و هزینه‌های کمتر در حال تکامل هستند.

 

طراحی سبک وزن

وسایل نقلیه انرژی جدید به بهره وری انرژی بیشتر و برد رانندگی طولانی تر نیاز دارند و وزن سبک جزء را به یک اولویت توسعه کلیدی تبدیل می کند.

 

برای رله‌های ولتاژ بالا، هدف کاهش وزن و حجم از طریق طراحی ساختاری بهینه، انتخاب مواد، و فرآیندهای ساخت، با حفظ مقاومت ولتاژ لازم و قابلیت‌های انتقال جریان- است. مواد سرامیکی با کارایی بالا، خواص عایق عالی را در اندازه های فشرده ارائه می دهند، که آنها را برای کوچک سازی رله ها ضروری می کند.

 

برای مثال، سرامیک‌های آلومینا متالایزه شده که برای رله‌های الکتریکی طراحی شده‌اند، نیازهای{0}}رله‌های با قابلیت اطمینان بالا برای ساختارهای عایق کوچک-با عملکرد بالا را برآورده می‌کنند.

 

تکامل به سوی هوش

در حالی که رله‌های ولتاژ بالا{0} سنتی عمدتاً عملکرد سوئیچینگ را انجام می‌دهند، وسایل نقلیه انرژی جدید آینده به راه‌حل‌های مدیریت الکتریکی هوشمندتر نیاز دارند.

 

رله‌های هوشمند به‌طور فزاینده‌ای ویژگی‌هایی مانند نظارت بر وضعیت تماس، پیش‌بینی عمر سرویس، تشخیص خطا، و بازخورد ارتباطی را در بر می‌گیرند و امکان نظارت بر وضعیت{0} ولتاژ بالا-خودرو را فراهم می‌کنند.

 

این امر مستلزم ساختارهای رله داخلی است که عملکرد مکانیکی قابل اعتماد را با قابلیت‌های ادغام الکترونیکی{0} با دقت بالا ترکیب می‌کند.

 

بهینه سازی هزینه

با گسترش بازار خودروهای انرژی جدید، نیاز به کاهش بیشتر هزینه‌های تولید رله‌های{0} ولتاژ بالا بدون به خطر انداختن ایمنی وجود دارد.

 

کنترل هزینه‌های آینده از طریق بهینه‌سازی مواد، تولید خودکار، بهبود فرآیند و بهینه‌سازی زنجیره تامین حاصل می‌شود، نه صرفاً کاهش رتبه مواد یا قربانی کردن قابلیت اطمینان.

 

 

 

فراتر از وسایل نقلیه جدید انرژی، رله‌های ولتاژ بالا{0}DC به طور گسترده در سیستم‌های ذخیره انرژی، تجهیزات شارژ، منابع تغذیه صنعتی و حمل‌ونقل ریلی استفاده می‌شوند.

 

رشد سریع صنعت انرژی جدید همچنان به افزایش تقاضا برای رله ها ادامه می دهد که با قابلیت اطمینان بالا، عمر طولانی و ایمنی برتر مشخص می شود.

 

با نگاهی به آینده،{0}مواد سرامیکی با کارایی بالا، فناوری‌های فلزی‌سازی پیشرفته، و فرآیندهای ساخت دقیق، توسعه رله‌های ولتاژ بالا را به سمت رتبه‌بندی‌های ولتاژ بالاتر، ظرفیت‌های جریان بالاتر و طول عمر بیشتر سوق می‌دهند.

 

اجزای سرامیکی پیشرفته-مانند محفظه‌های سرامیکی آلومینا برای کنتاکتورهای DC ولتاژ بالا و مقاوم در برابر سایش-سرامیک آلومینا متالیز شده برای رله های برقی-در خودروهای انرژی جدید و سیستم‌های HVDC صنعتی استفاده خواهد شد و ایمنی و پایداری عملیاتی را افزایش می‌دهد.

 

به طور خلاصه، رله‌های ولتاژ بالا{0}DC نه تنها به‌عنوان اجزای حفاظتی اساسی در-سیستم‌های ولتاژ بالا خودروهای انرژی جدید، بلکه به‌عنوان اجزای اصلی حیاتی که انرژی‌های جدید، الکترونیک قدرت و فناوری‌های کنترل هوشمند را به هم مرتبط می‌کنند، عمل می‌کنند. با افزایش سطح ولتاژ، فن‌آوری‌های آب‌بندی سرامیکی و عایق‌های{3}}با عملکرد بالا، نقش محوری فزاینده‌ای در سیستم‌های الکتریکی ولتاژ بالا{4} آینده خواهند داشت.